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Neues Schnell-Ladeverfahren für Lithium-Ionen-Akkus

Den Innenwiderstand überlistet

06. November 2013, 15:34 Uhr   |  Mathias Bloch


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Akku-Spannung immer bekannt

Damit ist der Wert für die chemische Spannung des Akkus immer bekannt und von der über dem Innenwiderstand erzeugten Spannung bereinigt. Auf Basis dieses Wertes kann man jetzt das Abbruchsignal auf Basis der Ladeschlussspannung definieren.

Man kann also mit hohem Strom bis zum Ende laden, da der Wert des Innenwiderstands, der maßgeblich von der Höhe des Stromes abhängt, keine Rolle mehr spielt. Dadurch reduziert sich die Ladezeit erheblich. Bei einem Vergleich zwischen diesem Ladeverfahren und dem bisherigen CC/CV-Verfahren an einer zylin-drischen NMP-Zelle (Lithium-Mangan-Phosphat) ergab sich eine Verkürzung der Ladezeit um 52 %.

Die Signalkette für dieses Verfahren ist rein digital, da analoge Bauteile zu große Ungenauigkeiten mit sich bringen würden. Wenn die Signalkette präzise aufgebaut ist, erhält man dabei einen genauso präzisen Schlusspunkt für das Laden wie beim Konstantspannungsverfahren.

Ladekurven des Verfahrens

Klassisches IU-Ladeverfahren für eine Akkuzelle. Der konstante Ladestrom geht beim Erreichen der Ladeschlussspannung von 4,1 V zurück. Dadurch sinkt auch die Temperatur und der Akku wird mit konstanter Spannung fertiggeladen. Das dauert über eine Stu
Das Schnellladeverfahren von Panasonic: Geladen wird mit einer Rate von 4C. Bis zum Schluss wird mit konstantem Strom geladen, die chemische Spannung der Zelle und die Temperatur steigen kontinuierlich bis zum Erreichen der Ladeschlussspannung. Nach
Systemübersicht eines 1,2-kW-Batterieladers, der auf Basis des neuen Verfahrens aufgebaut wurde.

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Automatische Temperaturkompensation

Da beim Laden mit hohen Strömen auch die Temperatur schneller ansteigt, gibt es noch eine zusätzliche Temperaturkompensation. Erreicht die Temperatur einen vorher definierten Wert, wird der Ladestrom so weit reduziert, dass die Wärmeerzeugung der Zelle sinkt und die kritische Temperatur, die ja den Akku schädigen kann, nicht überschritten wird. Beim Testen des Ladeverfahrens hat sich allerdings gezeigt, dass der Akku in der Regel schon vollständig geladen ist, bevor diese Temperatur erreicht wird.

Dieses Ladeverfahren soll sich auch bei anderen Akkutypen neben dem Lithium-Ionen-Akku verwenden lassen. Getestet wurde das Verfahren bisher allerdings erst an NMP-Zellen, was auf weitere Lithium-Ionen-Akkutypen ausgeweitet werden soll. Dazu wird die Frequenz des modulierten Strom-anteils an die jeweilige Chemie des Akkus angepasst. Die Erkennung des Akkutyps soll in Zukunft sogar automatisch möglich sein.

Das Verfahren ist nicht an eine spezielle Akkugröße gekoppelt. Panasonic hat allerdings die akku-betriebenen Werkzeuge und Elektrofahrzeuge im Auge. Es gibt bereits zwei Partner aus dem Umfeld der elektrischen Werkzeuge, mit denen Panasonic Ladesysteme auf Basis dieses Verfahrens entwickelt. Das Patent ist erteilt. Innerhalb von neun bis zwölf Monaten sollen Systeme auf Basis dieses Ladeverfahrens serienmäßig angeboten werden. Bis dahin werden noch weitere Tests durchgeführt.

Stellt sich natürlich noch die Frage, ob das Laden mit höheren Strömen die Lebensdauer des Akkus beeinflusst, allerdings konnten das die Panasonic-Entwickler noch nicht feststellen. Allerdings wird das Langzeitverhalten noch untersucht.

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